Mis on elektriväli? Definitsioon, valem, näide

Kui õhupalli hõõrutakse vastu kampsunit, saab õhupall laetud. Selle laadimise tõttu võib õhupall kleepuda seinte külge, kuid kui see asetatakse teise õhupalli kõrvale, mida on samuti hõõrutud, lendab esimene õhupall vastupidises suunas.

Peamised võtmed: elektriväli

See nähtus on mateeria omaduse, mida nimetatakse elektrilaenguks, tagajärg. Elektrilaengud tekitavad elektrivälju: elektriliselt laetud osakeste või esemete ümber asuvad kosmose piirkonnad, milles teised elektriliselt laetud osakesed või objektid tunneksid jõudu.

Elektrilaeng, mis võib olla nii positiivne kui ka negatiivne, on mateeria omadus, mis põhjustab kahe objekti tõmbamist või tõrjumist. Kui objektid on vastupidiselt laetud (positiivsed-negatiivsed), tõmbavad nad ligi; kui need on sarnaselt laetud (positiivne-positiivne või negatiivne-negatiivne), siis need tõrjuvad.

Elektrilaengu ühik on kulb, mis on määratletud kui elektrienergia kogus, mida elektrienergia edastab elektrivool 1 amprist 1 sekundiga.

Aatomid, mis on oluline, on valmistatud kolme tüüpi osakestest: elektronid, neutronidja prootonid. Elektronid ja prootonid ise on elektriliselt laetud ja neil on vastavalt negatiivne ja positiivne laeng. Neutron pole elektriliselt laetud.

Paljud objektid on elektriliselt neutraalsed ja neto kogulaeng on null. Kui elektronide või prootonite arv on ületatud, saades netolaengu, mis ei ole null, loetakse objektid laetuteks.

Üks viis elektrilaengu kvantifitseerimiseks on kasutada konstanti e = 1,602 * 10^-19 kulbid. Elektroni, mis on väikseim negatiivse elektrilaengu kogus, laengu väärtus on -1,602 * 10^-19 kulbid. Prootonil, mis on väikseim positiivse elektrilaengu kogus, on laeng +1,602 * 10^-19 kulbid. Seega oleks 10 elektronil laeng -10 e ja 10 prootonil laeng +10 e.

Elektrilaengud meelitavad või tõrjuvad üksteist, kuna need avaldavad mõju väed üksteise peale. Jõudu kahe elektripunktilaengu vahel - idealiseeritud laengud, mis on koondunud ruumi ühte punkti - kirjeldab Coulombi seadus. Coulombi seaduse kohaselt on kahe punktlaengu vahelise jõu tugevus või suurusjärk võrdeline laengute suurusega ja pöördvõrdeline kahe laadimise vahemaale.

Matemaatiliselt antakse see järgmiselt:

F = (k | q₁q₂|) / r²

kus q₁ on esimese punktilaengu laeng, q₂ on teise punktilaengu laeng, k = 8,988 * 10⁹ Nm²/ C² on Coulombi konstant ja r on kahe punktilaengu vaheline kaugus.

Ehkki tehniliselt puuduvad reaalsed punktlaengud, on elektronid, prootonid ja muud osakesed nii väikesed, et need võivad olla ligikaudne punktitasu abil.

Elektrilaeng tekitab elektrivälja, mis on ruumi osa elektriliselt laetud osakese või eseme ümber, milles elektrilaeng tunneks jõudu. Elektriväli eksisteerib kõigis kosmose punktides ja seda saab jälgida teise elektrivälja laadimisega. Elektrivälja saab praktilistel eesmärkidel siiski nulliks lähendada, kui laengud on üksteisest piisavalt kaugel.

Elektriväljad on a vektori kogus ja neid saab visuaalselt kuvada nooltena, mis suunduvad laadimise suunas või eemale. Jooned on määratletud kui osutavad radiaalselt väljapoole, positiivsest laengust eemal või radiaalselt sissepoole, negatiivse laengu poole.

Elektrivälja suurus saadakse valemiga E = F / q, kus E on voolu tugevus elektriväli, F on elektriline jõud ja q on katselaeng, mida kasutatakse elektri "tundmiseks" põld.

Kahe punkti eest võetakse F vastavalt ülaltoodud Coulombi seadusele.

• Seega F = (k | q₁q₂|) / r², kus q₂ on määratletud kui kõige parem chargethat, mida kasutatakse elektrivälja "tundmiseks".
• Seejärel kasutame elektrivälja valemit, et saada E = F / q₂, kuna q₂ on defineeritud kui testlaeng.
• Pärast asendamist F, E = (k | q₁|) / r².

• Fitzpatrick, Richard. “Elektriväljad.” Texase ülikool Austinis, 2007.
• Lewandowski, Heather ja Chuck Rogers. “Elektriväljad.” Colorado ülikool Boulderis, 2008.
• Richmond, Michael. “Elektrilaengu ja Coulombi seadus.” Rochesteri Tehnikainstituut.